Zr基非晶合金破片的侵彻破碎反应机理

张云峰，罗兴柏

(陆军工程大学石家庄校区， 石家庄 050000)

Zr基非晶合金具有高强度、高硬度、高弹性极限等优异力学性能；当受到动态冲击载荷后，材料温度升高并破碎生成碎片云，碎片云与空气中的氧气发生燃烧反应释放大量内能，因此，该材料是一种较为理想的新型反应金属材料[1-2]。在国防领域，学者们对Zr基非晶合金作为长杆侵彻体[3-4]、聚能装药药型罩[5]、预制破片[6-7]、复合装甲[8]等毁伤、防护元素开展了大量研究，取得了较为丰硕的成果，表明了其在军事应用中的光明前景。

Zr基非晶合金的冲击破碎反应机理，是学者们研究的重点内容之一。1998年，Liu等[9]首先发表了准静态压缩载荷下，材料断裂瞬间伴随火花四溅的现象；Zhang等发现动态压缩载荷下，材料的破碎释能现象更加剧烈。Gilbert等[11]认为材料断裂形成新自由面并释放弹性释能，新自由面内局部材料温度升高并发生快速氧化反应，是材料断裂瞬间发光的原因；Wang[12]、Wright等[13]分别计算了材料剪切带处的温升和持续时间。Wei等系统研究了Zr基非晶合金薄板冲击破碎后，碎片粒径对燃烧温度、燃烧时间的影响，并通过时间分辨同步X射线衍射技术分析了材料粒子的反应机制[1-2]。上述工作初步揭示了Zr基非晶合金冲击、破碎、燃烧反应的现象和过程，但缺乏对材料反应释能的定量研究。

通过准密封箱超压实验，Wang[6]、Luo[7]、Zhang等[14]研究了Zr基非晶合金及其复合材料破片在高速冲击下，冲击速度与反应深度的定量关系。Zr基非晶合金为脆性材料，Ji等[15]认为其破碎后碎片粒度分布符合幂次律，燃烧反应主要发生于尺寸小于20 μm材料碎片，并探讨了碎片粒度分布对燃烧反应的影响。……